FR3080171A1 - CAPILLARY PUMP HEATING PUMP WITH IMPROVED OPERATION - Google Patents
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Abstract
Caloduc à pompage capillaire comprenant une première extrémité destinée à être échauffée et une deuxième extrémité destinée à être refroidie, et une enceinte étanche s'étendant entre la première extrémité et la deuxième extrémité, l'enceinte comprenant un empilement de plaques (12, 14, 16), ledit empilement comportant deux plaques de fermeture (12), et des plaques intercalaires (14, 16) entre les plaques de fermeture (12), chaque plaque intercalaire (14, 16) comportant une ouverture dont les bords délimitent en partie un canal (8). Les ouvertures d'au moins trois plaques intercalaires (14, 16) sont dimensionnées de sorte qu'elles délimitent des rainures (10) s'étendant entre la première extrémité et la deuxième extrémité du caloduc, les rainures (10) présentant une largeur dans une direction de l'empilement est inférieure à la profondeur dans la direction du plan des plaques (14, 16).A capillary pumping heat pipe having a first end for heating and a second end for cooling, and a sealed enclosure extending between the first end and the second end, the enclosure comprising a stack of plates (12, 14, 16), said stack comprising two closure plates (12), and spacer plates (14, 16) between the closure plates (12), each intermediate plate (14, 16) having an opening whose edges partially delimit a channel (8). The openings of at least three spacer plates (14, 16) are dimensioned such that they define grooves (10) extending between the first end and the second end of the heat pipe, the grooves (10) having a width in a direction of the stack is less than the depth in the direction of the plane of the plates (14, 16).
Description
CALODUC A POMPAGE CAPILLAIRE A FONCTIONNEMENT AMELIORE DESCRIPTIONHOT PUMP HEATER WITH IMPROVED OPERATION DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURETECHNICAL AREA AND PRIOR ART
La présente invention se rapporte à un caloduc à pompage capillaire à fonctionnement amélioré.The present invention relates to an improved functioning capillary pumped heat pipe.
L'invention appartient au domaine des dispositifs d'échange thermique, en particulier des caloducs, plus particulièrement des caloducs à pompage capillaire.The invention belongs to the field of heat exchange devices, in particular heat pipes, more particularly capillary pumped heat pipes.
Un caloduc comporte une enceinte hermétiquement close, un fluide de travail et un réseau capillaire. Lors de la fabrication, tout l'air présent dans le tube caloduc est évacué et on introduit une quantité de liquide permettant de saturer le réseau capillaire. Il y a alors établissement d'un équilibre entre la phase liquide et la phase vapeur.A heat pipe has a hermetically sealed enclosure, a working fluid and a capillary network. During manufacturing, all the air present in the heat pipe is evacuated and a quantity of liquid is introduced allowing the capillary network to be saturated. There is then an equilibrium between the liquid phase and the vapor phase.
Sous l'effet d'une source de chaleur appliquée à l'une des extrémités, désignée évaporateur, le liquide se vaporise en induisant une légère surpression qui provoque le mouvement de la vapeur vers la seconde extrémité, désignée condenseur. Au condenseur, la vapeur se condense et repasse en phase liquide. Le fluide condensé circule dans le réseau capillaire et revient vers l'évaporateur sous l'effet de forces capillaires. Le retour du fluide liquide de la zone condenseur à la zone évaporateur est obtenu par pompage capillaire.Under the effect of a heat source applied to one of the ends, designated evaporator, the liquid vaporizes by inducing a slight overpressure which causes the movement of the vapor towards the second end, designated condenser. At the condenser, the vapor condenses and returns to the liquid phase. The condensed fluid circulates in the capillary network and returns to the evaporator under the effect of capillary forces. The return of the liquid fluid from the condenser zone to the evaporator zone is obtained by capillary pumping.
Les caloducs à rainures fonctionnent sur le principe du pompage capillaire. Ils comportent un tube dans lequel la surface intérieure comporte des rainures longitudinales ou légèrement en forme de spirale. Les caloducs à rainures comportent un cœur vapeur et un réseau capillaire dans lequel circule le liquide. Du fait d'une variation de courbure de l'interface vapeur-liquide ente la zone condenseur et la zone évaporateur, un gradient de pression apparaît dans le liquide, qui mène à une variation de pression capillaire. Plus la largeur des rainures est petite, plus l'effet de pompage capillaire est important.The grooved heat pipes operate on the principle of capillary pumping. They have a tube in which the inner surface has longitudinal or slightly spiral-shaped grooves. Grooved heat pipes have a vapor core and a capillary network in which the liquid circulates. Due to a variation in curvature of the vapor-liquid interface between the condenser zone and the evaporator zone, a pressure gradient appears in the liquid, which leads to a variation in capillary pressure. The smaller the width of the grooves, the greater the capillary pumping effect.
Par ailleurs, des rainures profondes permettent d'obtenir une section de passage pour le retour liquide grande, et donc de minimiser la perte de pression.Furthermore, deep grooves make it possible to obtain a large passage section for the liquid return, and therefore to minimize the pressure loss.
La puissance maximale que peuvent transporter des caloducs à rainures est généralement fixée par la limite capillaire dont le terme moteur est la pression capillaire, et le terme limitant essentiellement la perte de pression liquide dans les rainures.The maximum power that can be transported by grooved heat pipes is generally fixed by the capillary limit whose motor term is capillary pressure, and the term essentially limiting the loss of liquid pressure in the grooves.
Or les techniques de réalisation de l'état de la technique de ces caloducs ne permettent pas d'obtenir des rainures ayant une profondeur sensiblement plus grande que leur largeur.However, the techniques for producing the state of the art of these heat pipes do not make it possible to obtain grooves having a depth substantially greater than their width.
Ces caloducs peuvent être réalisés par extrusion. Avec une telle technique, le rapport profondeur sur largeur est de l'ordre de 1. En outre, le fond des rainures présente des coins arrondis, ce qui ne permet pas d'avoir une bonne action capillaire dans les coins.These heat pipes can be produced by extrusion. With such a technique, the depth to width ratio is of the order of 1. In addition, the bottom of the grooves has rounded corners, which does not allow good capillary action in the corners.
Une autre technique utilise l'usinage mécanique, avec cette technique également le rapport profondeur sur largeur n'est pas sensiblement supérieur à 1.Another technique uses mechanical machining, with this technique also the depth to width ratio is not significantly greater than 1.
Une autre technique utilise la gravure chimique. Mais elle ne permet pas non plus d'avoir un rapport profondeur sur largeur important. En outre, les coins du fond des rainures sont arrondis.Another technique uses chemical etching. But it also does not allow a significant depth to width ratio. In addition, the corners of the bottom of the grooves are rounded.
Le document US 7 051793 décrit un caloduc comportant une ou plusieurs zones de circulation du fluide sous forme vapeur et de part et d'autre de ces zones des zones poreuses de circulation du liquide, ces zones capillaires s'étendant sur tout le caloduc.Document US 7 051793 describes a heat pipe comprising one or more zones of circulation of the fluid in vapor form and on either side of these zones porous zones of circulation of the liquid, these capillary zones extending over the whole heat pipe.
Le caloduc est réalisé par empilement de plaques. Les zones capillaires sont obtenues en empilant des plaques comportant des fenêtres, les fenêtres ayant des directions orthogonales d'une plaque à l'autre.The heat pipe is made by stacking plates. The capillary zones are obtained by stacking plates comprising windows, the windows having orthogonal directions from one plate to another.
L'effet de pompage n'est pas optimal. En outre, une importante perte de charge existe. Ce caloduc étale le flux thermique sur la largeur du caloduc et n'est pas optimisé pour le transport du flux de chaleur sur sa longueur.The pumping effect is not optimal. In addition, a large pressure drop exists. This heat pipe spreads the heat flow over the width of the heat pipe and is not optimized for the transport of the heat flow along its length.
EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un caloduc à pompage capillaire à fonctionnement amélioré.It is therefore an object of the present invention to provide a capillary pump heat pipe with improved operation.
C'est également un but additionnel de la présente invention d'offrir un caloduc à pompage capillaire de réalisation simplifiée.It is also an additional object of the present invention to provide a capillary pump heat pipe of simplified embodiment.
Les buts énoncés ci-dessus sont atteints par un caloduc comportant un empilement de plaques solidarisées entre elles de manière hermétique. Les plaques d'extrémité forment des plaques de fermeture et les plaques intercalaires sont structurées de sorte que l'empilement de plaques intercalaires délimitent des rainures s'étendant sur toute la longueur du canal du caloduc et présentant une largeur faible par rapport à sa profondeur.The goals set out above are achieved by a heat pipe comprising a stack of plates joined together in a hermetic manner. The end plates form closing plates and the intermediate plates are structured so that the stack of intermediate plates delimit grooves extending over the entire length of the heat pipe channel and having a small width compared to its depth.
Pour cela, dans un exemple de réalisation, le caloduc comporte au moins trois plaques intercalaires, deux premières plaques présentant chacune une ouverture de faible dimension transversale et une deuxième plaque présentant une ouverture de grande dimension transversalement à la longueur du caloduc. Ainsi la deuxième plaque délimite avec les deux premières plaques deux rainures. La largeur et la profondeur des canaux capillaires sont fixées, respectivement, par l'épaisseur de la deuxième plaque et la différence entre les dimensions transversales des ouvertures des première et deuxième plaques. En outre, le fond des rainures présente avantageusement des coins délimités par des surfaces planes.For this, in an exemplary embodiment, the heat pipe comprises at least three intermediate plates, two first plates each having an opening of small transverse dimension and a second plate having an opening of large dimension transversely to the length of the heat pipe. Thus the second plate defines with the first two plates two grooves. The width and depth of the capillary channels are fixed, respectively, by the thickness of the second plate and the difference between the transverse dimensions of the openings of the first and second plates. In addition, the bottom of the grooves advantageously has corners delimited by flat surfaces.
Grâce à l'invention, on choisit une largeur de rainure faible, ce qui permet une pression capillaire importante. De plus, on peut avantageusement choisir un rapport largeur sur profondeur des rainures important, la perte de pression capillaire est alors diminuéeThanks to the invention, a small groove width is chosen, which allows a high capillary pressure. In addition, it is advantageously possible to choose a large width-to-depth ratio of the grooves, the loss of capillary pressure is then reduced.
L'effet de pompage capillaire est alors amélioré, il en résulte que la puissance limite que peut transporter le caloduc est augmentée.The capillary pumping effect is then improved, it follows that the limit power that can carry the heat pipe is increased.
De manière avantageuse, le caloduc comporte plusieurs canaux, chaque canal étant délimité par une série d'ouvertures réalisées dans les plaques, chaque canal comportant avantageusement au moins une rainure.Advantageously, the heat pipe has several channels, each channel being delimited by a series of openings made in the plates, each channel advantageously comprising at least one groove.
En d'autres termes, les rainures sont délimitées par des plaques empilées. Ainsi la profondeur et la largeur des rainures sont obtenues séparément, ne se pose alors pas les limitations de rapport profondeur sur largeur qui se posent par exemple dans le cas de la réalisation par extrusion ou gravure chimique.In other words, the grooves are delimited by stacked plates. Thus the depth and the width of the grooves are obtained separately, the limitations of the depth to width ratio which then arise, for example in the case of production by extrusion or chemical etching, do not arise.
La présente invention a alors pour objet un caloduc à pompage capillaire comprenant une première extrémité destinée à être échauffée et une deuxième extrémité destinée à être refroidie, et une enceinte étanche s'étendant entre la première extrémité et la deuxième extrémité, l'enceinte comprenant un empilement de plaques, ledit empilement comportant deux plaques de fermeture, et des plaques intercalaires entre les plaques de fermeture, chaque plaque intercalaire comportant au moins une ouverture dont les bords délimitent en partie un canal. Les ouvertures d'au moins trois plaques intercalaires sont dimensionnées de sorte qu'elles délimitent au moins une rainure s'étendant entre la première extrémité et la deuxième extrémité du caloduc, ladite rainure présentant une largeur dans une direction de l'empilement inférieure ou égale à la profondeur dans la direction du plan des plaques.The present invention therefore relates to a capillary pumped heat pipe comprising a first end intended to be heated and a second end intended to be cooled, and a sealed enclosure extending between the first end and the second end, the enclosure comprising a stack of plates, said stack comprising two closure plates, and intermediate plates between the closure plates, each intermediate plate comprising at least one opening, the edges of which partially define a channel. The openings of at least three intermediate plates are dimensioned so that they delimit at least one groove extending between the first end and the second end of the heat pipe, said groove having a width in a direction of the stack less or equal to the depth in the direction of the plane of the plates.
Le rapport entre la profondeur et la largeur de la rainure est avantageusement compris entre 1 et 80.The ratio between the depth and the width of the groove is advantageously between 1 and 80.
Chaque plaque intercalaire peut comporter p ouvertures de sorte que l'empilement des plaques délimite p canaux.Each intermediate plate can have p openings so that the stack of plates delimits p channels.
Dans un exemple de réalisation, parmi les trois plaques intercalaires, l'une est disposée entre les deux autres plaques intercalaires et est en contact mécanique avec les deux autres plaques intercalaires.In an exemplary embodiment, among the three intermediate plates, one is disposed between the other two intermediate plates and is in mechanical contact with the other two intermediate plates.
Au moins un bord de l'ouverture de la plaque intercalaire disposée entre les deux autres plaques intercalaires peut former le fond d'au moins une rainure, et les bords des ouvertures des deux autres plaques intercalaires délimitant la rainure sont ondulées ou en dent de scie.At least one edge of the opening of the intermediate plate disposed between the two other intermediate plates can form the bottom of at least one groove, and the edges of the openings of the two other intermediate plates delimiting the groove are wavy or sawtooth .
Le canal peut comporter deux faces latérales, lesdites trois plaques intercalaires délimitant une rainure dans chaque face latérale.The channel may have two lateral faces, said three intermediate plates delimiting a groove in each lateral face.
Les plaques intercalaires peuvent comporter n premières plaques intercalaires et η + 1 deuxièmes plaques intercalaires, les n premières plaques intercalaires comportant chacune au moins une ouverture de largeur Ll, les η + 1 deuxièmes plaques intercalaires comportant chacune au moins une ouverture de largeur L2, la largeur Ll étant supérieure à la largeur L2, et chaque première plaque intercalaire étant reçue entre deux deuxièmes plaque intercalaires, chaque paire de premières plaques intercalaires successives définissant avec un deuxième plaque intercalaire disposée entre les premières plaques intercalaires de ladite paire deux rainures en regard.The intermediate plates may comprise n first intermediate plates and η + 1 second intermediate plates, the first n intermediate plates each comprising at least one opening of width L1, the η + 1 second intermediate plates each comprising at least one opening of width L2, the width L1 being greater than the width L2, and each first intermediate plate being received between two second intermediate plates, each pair of first successive intermediate plates defining with a second intermediate plate disposed between the first intermediate plates of said pair two grooves facing each other.
Le caloduc à pompage capillaire peut comporter des moyens d'échange thermique au niveau de la première extrémité et/ou deuxième extrémité. Les moyens d'échange thermique au niveau de la deuxième extrémité peuvent comporter une ou plusieurs ailettes en contact thermique avec au moins une des plaques de fermeture.The capillary pumped heat pipe may include heat exchange means at the first end and / or second end. The heat exchange means at the second end may include one or more fins in thermal contact with at least one of the closure plates.
Les moyens d'échange thermique peuvent comporter un circuit fluidique en contact thermique avec au moins une des plaques d'extrémité, ledit circuit étant formé par une plaque structurée de sorte à délimiter des canaux, lesdits canaux étant fermés par ladite plaque de fermeture et une plaque de fermeture supplémentaire, les moyens d'échange thermique comportant également des moyens pour alimenter en fluide caloporteur ledit circuit fluidique.The heat exchange means may include a fluid circuit in thermal contact with at least one of the end plates, said circuit being formed by a plate structured so as to delimit channels, said channels being closed by said closure plate and a additional closure plate, the heat exchange means also comprising means for supplying coolant to said fluid circuit.
Au moins l'une des plaques d'extrémité présente une surface supérieure à celle des plaques intermédiaire dans une direction transversale à l'empilement de sorte à former des diffuseurs thermiques.At least one of the end plates has a surface greater than that of the intermediate plates in a direction transverse to the stack so as to form thermal diffusers.
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un caloduc à pompage capillaire comportant, à partir de plaques de dimensions extérieures données :The present invention also relates to a method for manufacturing a capillary pumped heat pipe comprising, from plates of given external dimensions:
réalisation d'au moins une ouverture dans chacune des plaques, empilement desdites plaques de sorte que les ouvertures délimitent un canal et au moins trois plaques intercalaires délimitent au moins une rainure s'étendant entre la première extrémité et la deuxième extrémité, mise en place aux extrémités de l'empilement dans la direction de l'empilement de plaques de fermeture, solidarisation desdites plaques de sorte à délimiter une enceinte étanche, remplissage partiel du canal avec un fluide sous forme liquide et fermeture étanche du canal.production of at least one opening in each of the plates, stacking of said plates so that the openings delimit a channel and at least three intermediate plates delimit at least one groove extending between the first end and the second end, placed at the ends of the stack in the direction of stacking of closure plates, securing of said plates so as to delimit a sealed enclosure, partial filling of the channel with a fluid in liquid form and sealed closure of the channel.
Par exemple, les plaques comportent à cœur un alliage d'aluminium et sur ses faces extérieures un alliage d'aluminium eutectique à point de fusion inférieur à celui de l'alliage d'aluminium à cœur et dans lequel la solidarisation est obtenue par brasure eutectique.For example, the plates have an aluminum alloy at their core and on its outer faces an eutectic aluminum alloy with a melting point lower than that of the aluminum alloy with a core and in which the connection is obtained by eutectic brazing .
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels:The present invention will be better understood on the basis of the description which follows and of the appended drawings in which:
- la figure IA est une vue de côté d'un exemple de réalisation d'un caloduc à pompage capillaire,FIG. IA is a side view of an exemplary embodiment of a capillary pumped heat pipe,
- la figure IB est une vue en coupe transversale du caloduc de la figure IA le long du plan A-A,FIG. 1B is a cross-sectional view of the heat pipe of FIG. 1A along the plane A-A,
- la figure 2 est une vue éclatée du caloduc des figures IA et IB,FIG. 2 is an exploded view of the heat pipe of FIGS. 1A and 1B,
- la figure 3A est une représentation schématique des ménisques dans le caloduc des figures IA, IB et 2au niveau de l'évaporateur,FIG. 3A is a schematic representation of the menisci in the heat pipe of FIGS. IA, IB and 2 at the level of the evaporator,
- la figure 3B est une représentation schématique des ménisques dans le caloduc des figures IA, IB et 2 au niveau du condenseur,FIG. 3B is a schematic representation of the menisci in the heat pipe of FIGS. IA, IB and 2 at the level of the condenser,
- la figure 4 est une vue en coupe transversale d'une variante du caloduc des figures IA et IB,FIG. 4 is a cross-sectional view of a variant of the heat pipe of FIGS. IA and IB,
- la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un autre exemple de réalisation d'un caloduc comprenant plusieurs canaux,FIG. 5 is a cross-sectional view of another exemplary embodiment of a heat pipe comprising several channels,
- la figure 6 est une vue éclatée du caloduc de la figure 5,FIG. 6 is an exploded view of the heat pipe of FIG. 5,
- les figures 7A et 7B sont des vues de dessus de plaques intercalaires d'un autre exemple de réalisation d'un caloduc,FIGS. 7A and 7B are top views of intermediate plates of another embodiment of a heat pipe,
- la figure 8 est une vue éclatée du caloduc comportant les plaques intercalaires des figures 7A et 7B,FIG. 8 is an exploded view of the heat pipe comprising the intermediate plates of FIGS. 7A and 7B,
- la figure 9 est une vue de détail d'une rainure du caloduc de la figure 8,FIG. 9 is a detailed view of a groove in the heat pipe in FIG. 8,
- la figure 10 est une vue de détail d'une rainure selon une variante de la figure 8,FIG. 10 is a detailed view of a groove according to a variant of FIG. 8,
- la figure 11 est une vue d'une extrémité d'un caloduc selon un autre exemple de réalisation,FIG. 11 is a view of one end of a heat pipe according to another exemplary embodiment,
- la figure 12 est une vue de dessus d'une plaque intercalaire selon un autre exemple de réalisation,FIG. 12 is a top view of an intermediate plate according to another exemplary embodiment,
- la figure 13 est une vue en coupe transversale d'un caloduc selon un autre exemple de réalisation comportant des diffuseurs thermiques,FIG. 13 is a cross-sectional view of a heat pipe according to another exemplary embodiment comprising thermal diffusers,
- la figure 14 est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation d'un caloduc selon l'invention réparti dans plusieurs plans,FIG. 14 is a perspective view of another exemplary embodiment of a heat pipe according to the invention distributed in several planes,
- les figures 15A à 15F sont des vues en perspective d'exemples d'ailettes applicables à un caloduc selon l'invention,FIGS. 15A to 15F are perspective views of examples of fins applicable to a heat pipe according to the invention,
- la figure 16 est une vue éclatée d'un caloduc selon un exemple de réalisation comportant un échangeur thermique au niveau de l'absorbeur,FIG. 16 is an exploded view of a heat pipe according to an exemplary embodiment comprising a heat exchanger at the level of the absorber,
- la figure 17A est une vue en coupe transversale d'un caloduc de l'état de la technique,FIG. 17A is a cross-sectional view of a heat pipe of the prior art,
- la figure 17B est une vue de dessus d'un empilement de plaques intercalaires d'un caloduc selon un exemple de la présente invention,FIG. 17B is a top view of a stack of intermediate plates of a heat pipe according to an example of the present invention,
- la figure 18 est une graphique représentant les variations de limite capillaire Le en Watt en fonction de l'inclinaison du caloduc dans le cas du caloduc de la figure 17A (II) et du caloduc de la figure 17B (I) utilisant l'eau comme fluide de travail, ceci pour une température de 60°C,- Figure 18 is a graph representing the capillary limit variations Le in Watt as a function of the inclination of the heat pipe in the case of the heat pipe in Figure 17A (II) and the heat pipe in Figure 17B (I) using water as working fluid, this for a temperature of 60 ° C,
- la figure 19 est une graphique représentant la puissance maximale en Watt en fonction de la température du caloduc dans le cas du caloduc de la figure 17A (IΓ) et du caloduc de la figure 17B (Γ) utilisant l'acétone comme fluide de travail, ceci à angle d'inclinaison nulle par rapport à l'horizontale.- Figure 19 is a graph representing the maximum power in Watt as a function of the temperature of the heat pipe in the case of the heat pipe of Figure 17A (IΓ) and the heat pipe of Figure 17B (Γ) using acetone as working fluid , this at zero angle of inclination with respect to the horizontal.
- la figure 20 est une vue en coupe transversale d'un autre exemple de réalisation d'un caloduc selon l'invention,FIG. 20 is a cross-sectional view of another exemplary embodiment of a heat pipe according to the invention,
Les représentations ne sont pas nécessairement à l'échelle et les proportions entre une vue en coupe et une vue de côté par exemple ne sont pas nécessairement respectées.The representations are not necessarily to scale and the proportions between a sectional view and a side view for example are not necessarily respected.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Sur la figure IA, on peut voir un caloduc Cl à pompage capillaire vu de l'extérieur s'étendant selon un axe longitudinal X.In FIG. 1A, one can see a capillary pumped heat pipe C1 seen from the outside extending along a longitudinal axis X.
Dans la présente demande, la direction longitudinale est celle donnée par l'axe X.In the present application, the longitudinal direction is that given by the X axis.
Le caloduc Cl comporte une enceinte hermétique 2 s'étendant selon l'axe longitudinal X et comportant une première extrémité longitudinale 4 et une deuxième extrémité longitudinale 6. La première extrémité 4 est par exemple destinée à être disposée au niveau d'une source de chaleur SC. La première extrémité est désignée évaporateur, et la deuxième extrémité 4 est par exemple destinée à être disposée au niveau d'une source froide SF. La deuxième extrémité est désignée condenseur.The heat pipe Cl comprises a sealed enclosure 2 extending along the longitudinal axis X and comprising a first longitudinal end 4 and a second longitudinal end 6. The first end 4 is for example intended to be disposed at a heat source SC. The first end is designated as an evaporator, and the second end 4 is for example intended to be placed at the level of a cold source SF. The second end is designated condenser.
La source de chaleur est par exemple un composant électrique ou électronique, un stockage de chaud, un réacteur chimique exothermique. Les puits de chaleur des ailettes en convection forcée, des plaques froides en écoulement mono ou diphasique, un stockage de froid, une réaction chimique endothermique...The heat source is for example an electrical or electronic component, a heat storage, an exothermic chemical reactor. The heat sinks of the fins in forced convection, cold plates in single or two-phase flow, a cold storage, an endothermic chemical reaction ...
Le caloduc a avantageusement une forme telle qu'il s'étend dans le plan XY, de sorte à présenter des faces 7.1, 7.2, parallèles au plan XY, ayant de grande surface favorisant les échanges de chaleur avec la source de chaleur et la source froide.The heat pipe advantageously has a shape such that it extends in the XY plane, so as to have faces 7.1, 7.2, parallel to the XY plane, having a large surface promoting heat exchanges with the heat source and the source. cold.
Le caloduc est en contact avec la source de chaleur et la source froide sur une ou ses deux faces 7.1, 7.2 de grande surface. Les faces 7.1, 7.2 de plus grande surface sont dans l'exemple représenté orthogonales à la direction Z.The heat pipe is in contact with the heat source and the cold source on one or both sides 7.1, 7.2 of large area. The faces 7.1, 7.2 of larger surface are in the example shown orthogonal to the direction Z.
Sur la figure IB, on peut voir une vue en coupe transversale du caloduc Cl.In FIG. 1B, a cross-sectional view of the heat pipe C1 can be seen.
Le caloduc Cl comporte un canal 8 s'étendant le long de l'axe longitudinal X et des rainures 10 s'étendant le long de l'axe longitudinal X de part et d'autre du canal 8 dans une direction Y orthogonale à l'axe X.The heat pipe C1 has a channel 8 extending along the longitudinal axis X and grooves 10 extending along the longitudinal axis X on either side of the channel 8 in a direction Y orthogonal to the X axis.
Les rainures 10 sont formées dans les parois latérales 8.1, 8.2 du canal 8. Les parois latérales sont considérées par rapport à la direction longitudinale X et sont situées dans des plans sécants aux plans des faces 7.1, 7.2 de plus grande surface du caloduc.The grooves 10 are formed in the side walls 8.1, 8.2 of the channel 8. The side walls are considered with respect to the longitudinal direction X and are located in planes intersecting the planes of the faces 7.1, 7.2 of the largest area of the heat pipe.
L'enceinte du caloduc comporte un empilement E de plaques délimitant le canal 8 et les rainures 10.The heat pipe enclosure includes a stack E of plates delimiting the channel 8 and the grooves 10.
L'empilement E comporte deux plaques d'extrémité 12 situées aux extrémités de l'empilement dans une direction Z orthogonale aux directions X et Y. Les plaques d'extrémité 12 sont destinées à fermer le canal 8 et sont également désignées « plaques de fermeture ».The stack E comprises two end plates 12 situated at the ends of the stack in a direction Z orthogonal to the directions X and Y. The end plates 12 are intended to close the channel 8 and are also designated “closing plates ".
L'empilement comporte des plaques intercalaires 14,16 disposées entre les plaques d'extrémité 12. Les plaques intercalaires comportent des premières plaques intercalaires 14 et des deuxièmes plaques intercalaires 16, les deuxièmes plaques intercalaires 16 alternent avec les premières plaques intercalaires 14.The stack comprises intermediate plates 14,16 arranged between the end plates 12. The intermediate plates comprise first intermediate plates 14 and second intermediate plates 16, the second intermediate plates 16 alternate with the first intermediate plates 14.
Dans cet exemple, toutes les plaques 12, 14, 16 présentent les mêmes dimensions extérieures, l'empilement est alors de forme parallélépipédique rectangle.In this example, all the plates 12, 14, 16 have the same external dimensions, the stack is then of rectangular parallelepiped shape.
Chaque première plaque intercalaire 14 a une épaisseur el, et comporte une ouverture 18 s'étendant dans la direction X et dans la direction Y. Dans cet exemple, l'ouverture 18 a une forme rectangulaire présentant une dimension 11 dans la direction X et une dimension L1 dans la direction Y.Each first intermediate plate 14 has a thickness el, and has an opening 18 extending in the direction X and in the direction Y. In this example, the opening 18 has a rectangular shape having a dimension 11 in the direction X and a dimension L1 in direction Y.
Chaque deuxième plaque intercalaire 16 a une épaisseur e2 et comporte une ouverture 20 s'étendant dans la direction X et dans la direction Y. Dans cet exemple, l'ouverture 20 a une forme rectangulaire et présente une dimension 12 dans la direction X et une dimension L2 dans la direction Y.Each second intermediate plate 16 has a thickness e2 and has an opening 20 extending in the direction X and in the direction Y. In this example, the opening 20 has a rectangular shape and has a dimension 12 in the direction X and a dimension L2 in direction Y.
Les dimensions 11 et 12 sont égales ou proches et correspondent à la longueur du canal 8.The dimensions 11 and 12 are equal or close and correspond to the length of the channel 8.
La dimension L1 est inférieure à la dimension L2.The dimension L1 is less than the dimension L2.
Du fait des dimensions L1 et L2 différentes, l'empilement de deux premières plaques de part et d'autre d'une deuxième plaque délimitent deux rainures 10 comme cela est visible sur les figure IB et 3.Because of the different dimensions L1 and L2, the stack of two first plates on either side of a second plate delimit two grooves 10 as can be seen in FIGS. 1B and 3.
Chaque première plaque participe à délimiter des rainures 10.Each first plate participates in delimiting grooves 10.
Les rainures ont une épaisseur égale à l'épaisseur e2 de la deuxième plaque 16 et une profondeur égale à (Ll-L2)/2, en considérant que les rainures 10 de part et d'autre de l'axe X ont la même profondeur et que les ouvertures sont centrées par rapport aux bords des plaques.The grooves have a thickness equal to the thickness e2 of the second plate 16 and a depth equal to (L1-L2) / 2, considering that the grooves 10 on either side of the axis X have the same depth and that the openings are centered relative to the edges of the plates.
Ainsi il est aisé de réaliser des rainures dont le rapport profondeur sur épaisseur est grand, voire très grand. En effet, la profondeur et l'épaisseur étant fixée séparément lors d'étapes différentes, il n'y a pas de limitation due au procédé de fabrication contrairement à l'extrusion et à la gravure.Thus it is easy to produce grooves whose depth to thickness ratio is large, even very large. Indeed, the depth and the thickness being fixed separately during different stages, there is no limitation due to the manufacturing process unlike extrusion and etching.
Il est possible de réaliser des deuxièmes plaques très fines et/ou des ouvertures entre les première et deuxième plaques de dimensions Ll, L2 très différentes.It is possible to produce second very thin plates and / or openings between the first and second plates of very different dimensions L1, L2.
Par exemple, les ouvertures sont réalisées par poinçonnage, découpage, par exemple au laser ou au jet d'eau.For example, the openings are made by punching, cutting, for example with a laser or a water jet.
En réalisant des rainures fines et profondes par rapport à leur épaisseur, on obtient une pression capillaire élevée et une perte de pression faible, donc un pompage capillaire amélioré par rapport aux caloducs à pompage capillaire de l'état de la technique. Le liquide est remonté plus facilement du condenseur vers l'évaporateur, indépendamment de la gravité.By producing fine and deep grooves relative to their thickness, a high capillary pressure and a low pressure loss are obtained, therefore an improved capillary pumping compared to the capillary pump heat pipes of the prior art. The liquid flows more easily from the condenser to the evaporator, regardless of gravity.
La pression capillaire est la différence de pression entre la phase vapeur et la phase liquide au voisinage du ménisque.The capillary pressure is the pressure difference between the vapor phase and the liquid phase in the vicinity of the meniscus.
Sur la figure 3A, on peut voir les ménisques M représentées dans les rainures 10 au niveau de l'évaporateur, et sur la figure 3B au niveau du condenseur. La pression capillaire est inversement proportionnelle au rayon de courbure du ménisque. Ce rayon de courbure est très grand au condenseur, et est sensiblement plus faible à l'évaporateur.In FIG. 3A, we can see the menisci M represented in the grooves 10 at the level of the evaporator, and in FIG. 3B at the level of the condenser. The capillary pressure is inversely proportional to the radius of curvature of the meniscus. This radius of curvature is very large in the condenser, and is significantly smaller in the evaporator.
En augmentant la profondeur des rainures, on augmente la section de passage du liquide dans les rainures, ce qui réduit les pertes de charge et repousse la limite capillaire.By increasing the depth of the grooves, the cross section of the liquid in the grooves is increased, which reduces the pressure losses and pushes the capillary limit.
En outre, du fait de la réalisation des rainures par empilement de plaques le fond des rainures présente des angles sensiblement droits ce qui est favorable à l'action capillaire, à l'inverse des coins arrondis des rainures obtenues par extrusion ou gravure par exemple.In addition, due to the production of the grooves by stacking plates, the bottom of the grooves has substantially straight angles which is favorable to capillary action, unlike the rounded corners of the grooves obtained by extrusion or etching for example.
Le caloduc est rempli d'un fluide diphasique, il peut s'agir d'un fluide bien connu de l'homme du métier. Celui-ci est choisi par exemple en fonction de la gamme de température de fonctionnement et de stockage du dispositif, en fonction des contraintes dues à la pression, l'inflammabilité, la toxicité du fluide et de la compatibilité chimique entre le fluide et le matériau formant le caloduc.The heat pipe is filled with a two-phase fluid, it may be a fluid well known to those skilled in the art. This is chosen for example as a function of the operating and storage temperature range of the device, as a function of the stresses due to the pressure, the flammability, the toxicity of the fluid and the chemical compatibility between the fluid and the material. forming the heat pipe.
A titre d'exemple, pour un caloduc réalisé en alliage d'aluminium assemblé par brasure eutectique, on peut utiliser comme fluide l'ammoniac, l'acétone, le méthanol, le n-heptane, le R134a ou autres fluides frigorigènes fluorés.For example, for a heat pipe made of aluminum alloy assembled by eutectic brazing, ammonia, acetone, methanol, n-heptane, R134a or other fluorinated refrigerants can be used as the fluid.
Le fonctionnement du caloduc va maintenant être expliqué.The operation of the heat pipe will now be explained.
Le liquide est évaporé à l'évaporateur et la vapeur générée circule dans le canal central vers le condenseur. Au condenseur, la vapeur se condense. Le liquide circule dans les rainures vers l'évaporateur. La courbure du ménisque à l'évaporateur provoque une différence de pression capillaire entre l'évaporateur et le condenseur, favorisant l'écoulement liquide vers l'évaporateur et l'écoulement vapeur vers le condenseur.The liquid is evaporated on the evaporator and the generated vapor circulates in the central channel towards the condenser. At the condenser, the vapor condenses. The liquid circulates in the grooves towards the evaporator. The curvature of the meniscus at the evaporator causes a difference in capillary pressure between the evaporator and the condenser, favoring the liquid flow towards the evaporator and the vapor flow towards the condenser.
En réalisant des rainures fines et profondes, le rayon de courbure du ménisque est réduit à l'évaporateur, ce qui augmente la pression capillaire et donc le pompage du liquide vers l'évaporateur.By making fine and deep grooves, the radius of curvature of the meniscus is reduced on the evaporator, which increases the capillary pressure and therefore the pumping of the liquid towards the evaporator.
Par ailleurs, la technique de fabrication par empilement de plaques permet d'obtenir un rapport profondeur/largeur des rainures élevé, ce qui permet d'augmenter la section de passage liquide des rainures et donc de diminuer la perte de pression liquide.Furthermore, the technique of manufacturing by stacking plates makes it possible to obtain a high depth / width ratio of the grooves, which makes it possible to increase the liquid passage section of the grooves and therefore to reduce the loss of liquid pressure.
De manière avantageuse, la largeur des rainures est comprise entre 0,05 mm et 6 mm, et peut atteindre 0,05 mm. Il est à noter que dans le cas de caloduc de l'état de la technique obtenus par extrusion, la largeur des rainures est au minimum de l'ordre de 0,2 mm pour les petits diamètres de caloduc, par exemple de diamètre intérieur inférieur à 10 mm, et environ de l'ordre de 0,5 mm pour les plus gros diamètresAdvantageously, the width of the grooves is between 0.05 mm and 6 mm, and can reach 0.05 mm. It should be noted that in the case of the heat pipe of the state of the art obtained by extrusion, the width of the grooves is at least of the order of 0.2 mm for small diameters of heat pipe, for example of smaller inside diameter at 10 mm, and around 0.5 mm for larger diameters
De manière avantageuse, la profondeur des rainures est comprise entre 1 mm et 4 mm, et est très avantageusement égale à 3 mm.Advantageously, the depth of the grooves is between 1 mm and 4 mm, and is very advantageously equal to 3 mm.
Le rapport profondeur/largeur des rainures peut atteindre au moins 20, voire plus avec des rainures de 0,05 mm de largeur. Dans le cas de caloduc de l'état de la technique obtenus par extrusion, le rapport profondeur/largeur est de l'ordre de 1.The depth / width ratio of the grooves can reach at least 20, or even more with grooves of 0.05 mm in width. In the case of the state of the art heat pipe obtained by extrusion, the depth / width ratio is of the order of 1.
La distance entre l'évaporateur et le condenseur peut varier de quelques centimètres à quelques mètres.The distance between the evaporator and the condenser can vary from a few centimeters to a few meters.
Le caloduc selon l'invention peut être réalisé en différents matériaux tels que, par exemple un alliage d'aluminium, en cuivre, en acier inoxydable. Le ou les matériaux utilisés pour la fabrication du caloduc sont choisis en fonction des contraintes de masse, d'assemblage, de la robustesse requise...The heat pipe according to the invention can be made of different materials such as, for example an aluminum alloy, copper, stainless steel. The material or materials used for the manufacture of the heat pipe are chosen according to the constraints of mass, assembly, the required robustness ...
La technique d'assemblage des tôles dépend du matériau.The assembly technique of the sheets depends on the material.
Par exemple, dans le cas de plaques en alliage d'aluminium, on peut utiliser la brasure sous vide avec tôles cladées, la brasure au bain de sel, la brasure sous gaz inerte, le soudage par ultrasons, la soudure par friction-malaxage (Friction Stir Welding), le collage...For example, in the case of aluminum alloy plates, it is possible to use vacuum brazing with clad sheets, brazing in a salt bath, brazing under inert gas, ultrasonic welding, friction-kneading welding ( Friction Stir Welding), collage ...
Dans le cas de plaque en cuivre, en acier inoxydable ou en superalliage, on peut utiliser la soudure diffusion, la brasure diffusion, le collage...In the case of copper, stainless steel or superalloy plates, diffusion welding, diffusion brazing, bonding, etc. can be used.
Dans le cas de plaques en aciers inoxydables, super alliages, on peut utiliser la soudure diffusion, la brasure diffusion, le collage...In the case of stainless steel plates, super alloys, diffusion welding, diffusion brazing, bonding, etc. can be used.
A titre d'exemple, l'assemblage de plaques en alliage d'aluminium est obtenu par brasure eutectique. On utilise de manière connue des plaques en alliage d'aluminium dont une ou les deux faces est ou sont revêtue(s) d'un alliage aluminium à plus bas point de fusion.For example, the assembly of aluminum alloy plates is obtained by eutectic brazing. Aluminum alloy plates are used in known manner, one or both faces of which are or are coated with an aluminum alloy with a lower melting point.
Par exemple, on utilise une tôle en alliage de la série AA3xxxx à cœur, avec un revêtement avec un alliage eutectique de la série AA4xxxx comprenant du silicium à plus bas point de fusion.For example, an alloy sheet of the AA3xxxx series with a core is used, with a coating with a eutectic alloy of the AA4xxxx series comprising silicon with a lower melting point.
Le revêtement se fait typiquement par une technique de roll-bond.The coating is typically done by a roll-bond technique.
L'épaisseur totale des plaques est typiquement de 0,05 mm à 5 mm, avec un revêtement typiquement de 5% à 10% de l'épaisseur totale.The total thickness of the plates is typically from 0.05 mm to 5 mm, with a coating typically of 5% to 10% of the total thickness.
En pressant à chaud deux plaques d'aluminium ainsi revêtues à une température supérieure à la température de fusion de l'eutectique, mais inférieure à la température de l'alliage à cœur, l'alliage eutectique en surface fond et forme un alliage de brasure d'assemblage étanche entre les deux plaques.By hot pressing two aluminum plates thus coated at a temperature higher than the melting temperature of the eutectic, but lower than the temperature of the core alloy, the eutectic alloy at the bottom surface and forms a brazing alloy tight assembly between the two plates.
Sur la figure 4, on peut voir un exemple de réalisation d'un caloduc C2 comportant deux premières plaques intercalaires 16 et une deuxième plaque intercalaire 14.In FIG. 4, an exemplary embodiment of a heat pipe C2 can be seen comprising two first intermediate plates 16 and a second intermediate plate 14.
Sur les figures 5 et 6, on peut voir un caloduc C3 selon un autre exemple de réalisation. Le caloduc C3 comporte plusieurs canaux 108 disposés les uns à côtés des autres.In Figures 5 and 6, we can see a heat pipe C3 according to another embodiment. The heat pipe C3 has several channels 108 arranged one next to the other.
Comme cela est particulièrement visible sur la figure 6, le caloduc C3 comporte deux plaques de fermeture 112, une pluralité de plaques empilées, les plaques intercalaires 114 et 116 comportent autant d'ouvertures que de canaux.As is particularly visible in Figure 6, the heat pipe C3 has two closure plates 112, a plurality of stacked plates, the intermediate plates 114 and 116 have as many openings as channels.
Dans l'exemple représenté, toutes les deuxièmes plaques intercalaires 116 comportent les ouvertures les plus larges de sorte que les bords latéraux des ouvertures forment le fond des rainures et toutes les premières plaques intercalaires 114 comportent les ouvertures les plus étroites, de sorte que les faces des premières plaques forment les flancs latéraux des rainures.In the example shown, all the second intermediate plates 116 have the widest openings so that the lateral edges of the openings form the bottom of the grooves and all the first intermediate plates 114 have the narrowest openings, so that the faces first plates form the lateral sides of the grooves.
En variante, des plaques intercalaires 114 pourraient comporter des ouvertures les plus larges et des ouvertures les plus étroites ainsi que les plaques 116.As a variant, intermediate plates 114 could have the widest openings and the narrowest openings as well as the plates 116.
Le caloduc C3 permet d'augmenter le flux de chaleur transmis et/ou la surface d'échange.The heat pipe C3 increases the transmitted heat flow and / or the exchange surface.
En variante, les différents canaux pourraient ne pas comporter le même nombre de rainures et/ou la même distribution des rainures.Alternatively, the different channels may not have the same number of grooves and / or the same distribution of grooves.
Dans les exemples décrits ci-dessus, les bords des ouvertures définissant les rainures sont droits et parallèles entre eux.In the examples described above, the edges of the openings defining the grooves are straight and parallel to each other.
Sur la figure 7A, on peut voir des premières plaques intercalaires 214 comportant des ouvertures 220 comprenant des bords latéraux 220.1 ondulés, et sur la figure 7B on peut voir des deuxièmes plaques intercalaires 216 comportant des ouvertures 218 à bords latéraux droits 218.1.In FIG. 7A, one can see first intermediate plates 214 comprising openings 220 comprising corrugated lateral edges 220.1, and in FIG. 7B one can see second intermediate plates 216 comprising openings 218 with straight lateral edges 218.1.
Sur la figure 8, on peut voir une vue éclatée du caloduc C4 avec plusieurs deuxièmes plaques intercalaires 216 alternant avec des premières plaques intercalaires 214 entre deux plaques d'extrémité 212.In FIG. 8, an exploded view of the heat pipe C4 can be seen with several second intermediate plates 216 alternating with first intermediate plates 214 between two end plates 212.
Sur la figure 9, on peut voir une vue de détail d'un canal obtenu et d'une rainure 210. La rainure est ondulée dans le plan XY.In Figure 9, we can see a detailed view of a channel obtained and a groove 210. The groove is wavy in the XY plane.
Cette forme permet d'augmenter la longueur de la ligne triple, notamment dans la zone évaporateur, ce qui permet d'augmenter le coefficient d'échange en évaporation.This shape increases the length of the triple line, especially in the evaporator zone, which increases the exchange coefficient in evaporation.
Au niveau du condenseur, la forme ondulée permet d'obtenir des parois non mouillées par le film de condensation aux sommets des ondulations. Cela permet également d'augmenter le coefficient d'échange en condensation en minimisant la résistance d'interface du film de condensation.At the level of the condenser, the corrugated shape makes it possible to obtain walls not wetted by the film of condensation at the tops of the corrugations. This also makes it possible to increase the condensation exchange coefficient by minimizing the interface resistance of the condensation film.
Dans cet exemple, le fond des rainures est droit. En variante, il peut également être ondulé.In this example, the bottom of the grooves is straight. Alternatively, it can also be corrugated.
Sur la figure 10, on peut voir une variante, dans lequel les bords 320.1 des ouvertures sont en dent de scie. Les rainures 310 sont également en dent de scie dans le plan XY. Comme pour les rainures de forme ondulée, les coefficients d'échange en condensation et en évaporation sont augmentés.In FIG. 10, a variant can be seen, in which the edges 320.1 of the openings are sawtooth. The grooves 310 are also sawtooth in the XY plane. As with the corrugated grooves, the exchange coefficients in condensation and evaporation are increased.
Il sera compris que toute autre forme est envisageable. Au vu du mode de réalisation des ouvertures, une grande liberté dans la forme des bords existe.It will be understood that any other form is possible. In view of the embodiment of the openings, great freedom in the shape of the edges exists.
Il peut même être envisagé de réaliser des rainures droites dans une face latérale du canal et des rainures ondulées dans l'autre face en regard.It can even be envisaged to produce straight grooves in one side face of the channel and corrugated grooves in the other opposite face.
Selon un autre exemple, le canal présente une section autre que rectangulaire, elle est par exemple trapézoïdale.According to another example, the channel has a section other than rectangular, it is for example trapezoidal.
Dans les exemples décrits ci-dessus toutes les plaques ont les mêmes dimensions, il en résulte que le caloduc a une forme parallélépipédique. Selon un autre exemple, la surface des plaques peut varier. On peut envisager que la surface des plaques diminue dans la direction Z, comme cela est représenté sur la figure 11.In the examples described above, all the plates have the same dimensions, it follows that the heat pipe has a parallelepiped shape. According to another example, the surface of the plates can vary. It can be envisaged that the surface of the plates decreases in the Z direction, as shown in FIG. 11.
On peut également envisager que la largeur des plaques intercalaires soit variable le long de la direction X, par exemple pour réaliser un condenseur de plus grande surface que l'évaporateur comme cela est schématisé sur la figure 12 représentant une première plaque intercalaire 414. Les ouvertures sont conformées de sorte à couvrir toute la surface, elles ne sont pas parallèles.It is also conceivable that the width of the intermediate plates is variable along the direction X, for example to produce a condenser with a larger surface area than the evaporator, as shown in FIG. 12 representing a first intermediate plate 414. The openings are shaped so as to cover the entire surface, they are not parallel.
Dans un exemple, seule une des faces latérales du canal comporte des rainures. On peut envisager en outre un nombre de rainures différent entre les deux faces latérales. Dans un autre exemple de réalisation, les rainures 610 dans une face latérale sont décalées par rapport aux rainures dans l'autre face latérale comme cela est schématisé sur la figure 20. Cet exemple de réalisation permet d'utiliser le même type de tôle pour former toutes les plaques intercalaires, pour cela il suffit de retourner alternativement chaque plaque tête-bêche.In one example, only one of the lateral faces of the channel has grooves. It is also possible to envisage a different number of grooves between the two lateral faces. In another exemplary embodiment, the grooves 610 in one side face are offset with respect to the grooves in the other side face as shown diagrammatically in FIG. 20. This exemplary embodiment allows the same type of sheet to be used to form all the intermediate plates, for this it suffices to turn each head-to-tail plate alternately.
Selon un autre exemple, les rainures n'ont pas la même profondeur dans un même canal et/ou d'un canal à l'autre.According to another example, the grooves do not have the same depth in the same channel and / or from one channel to another.
Sur la figure 13 on peut voir un autre exemple de caloduc C5. Celui-ci est proche du caloduc C3, il comporte en outre des diffuseurs thermiques ou « spreader » en terminologie anglo-saxonne s'étendant parallèlement au plan XY. Dans cet exemple les diffuseurs thermiques sont d'un seul tenant avec les plaques de fermeture et s'étendent symétriquement de part et d'autre du canal. Ces diffuseurs ont pour effet d'étaler le flux de chaleur sur une zone plus large et d'augmenter l'efficacité globale du système thermique.In Figure 13 we can see another example of C5 heat pipe. This is close to the C3 heat pipe, it also includes thermal diffusers or "spreader" in English terminology extending parallel to the XY plane. In this example, the thermal diffusers are in one piece with the closure plates and extend symmetrically on either side of the channel. These diffusers have the effect of spreading the heat flow over a wider area and increasing the overall efficiency of the thermal system.
En variante, une seule des deux plaques de fermeture comporte des diffuseurs et/ou des diffuseurs ne sont prévus que d'un côté du plan XZ et/ou les diffuseurs présentent des surfaces différentes de part et d'autre du plan XZ. Il peut être envisagé que la taille du ou des diffuseurs se réduise par exemple dans la direction X.As a variant, only one of the two closure plates comprises diffusers and / or diffusers are provided only on one side of the XZ plane and / or the diffusers have different surfaces on either side of the XZ plane. It can be envisaged that the size of the diffuser (s) is reduced, for example in the direction X.
Sur la figure 14, on peut voir un autre exemple de réalisation dans lequel le caloduc C6 n'a pas une forme droite, il comporte deux portions droites DI et D2 orientées à angle droit l'une par rapport à l'autre. En outre, les portions DI et D2 s'étendent dans des plans orthogonaux. La portion DI s'étend dans le plan XY et la portion D2 s'étend dans le plan XZ. L'orientation des portions DI et D2 l'une par rapport à l'autre est par exemple obtenue par pliage après empilage des plaques et leur solidarisation. PI désigne la pliure.In FIG. 14, we can see another example of embodiment in which the heat pipe C6 does not have a straight shape, it comprises two straight portions DI and D2 oriented at right angles to each other. In addition, the portions DI and D2 extend in orthogonal planes. The DI portion extends in the XY plane and the D2 portion extends in the XZ plane. The orientation of the portions DI and D2 with respect to each other is for example obtained by folding after stacking of the plates and their joining. PI indicates the fold.
Le caloduc C6 peut être conformé à l'application. Le caloduc peut comporter plusieurs pliures.The C6 heat pipe can be shaped to suit the application. The heat pipe can have several folds.
Dans cet exemple, la portion DI forme l'évaporateur et la portion D2 forme le condenseur et est muni sur ses surfaces extérieures d'ailettes Al formant un radiateur permettant d'évacuer la chaleur. Le radiateur est par exemple en convection naturelle ou en convection forcée. Dans cet exemple, les ailettes sont prévues sur les deux faces de grande surface du condenseur. En variante, des ailettes sur une seule surface pourraient être envisagées. Sur la figure 14, on peut voir un queusot Q de remplissage du caloduc C6.In this example, the portion DI forms the evaporator and the portion D2 forms the condenser and is provided on its outer surfaces with fins Al forming a radiator allowing the heat to be removed. The radiator is for example in natural convection or in forced convection. In this example, the fins are provided on the two large surface faces of the condenser. As a variant, fins on a single surface could be envisaged. On figure 14, one can see a queusot Q of filling of the heat pipe C6.
Dans cet exemple, les ailettes comportent des plaques planes perpendiculaires aux faces du condenseur. Toute autre forme est envisageable.In this example, the fins have flat plates perpendicular to the faces of the condenser. Any other form is possible.
Il sera compris qu'un caloduc tel que celui de la figure IA pourrait être courbé au lieu d'être rectiligne sans sortir du cadre de la présente invention.It will be understood that a heat pipe such as that of Figure IA could be curved instead of being straight without departing from the scope of the present invention.
Sur les figures 15A à 15F sont représentées des ailettes plissées selon d'autres exemples de réalisation applicables à la présente invention.In FIGS. 15A to 15F are shown pleated fins according to other exemplary embodiments applicable to the present invention.
Selon d'autres exemples, les ailettes sont des ailettes extrudées, des ailettes skivées, des ailettes picots, des ailettes moulées, ailettes fixées par moletage, ailettes réalisées par impression 3D, ou tout autre ailette obtenue par une technique de réalisation d'extension de surface bien connue de l'homme du métier.According to other examples, the fins are extruded fins, skivated fins, spiked fins, molded fins, fins fixed by knurling, fins produced by 3D printing, or any other fin obtained by an extension technique. surface well known to those skilled in the art.
En variante, un circuit de refroidissement est intégré directement dans le caloduc C7 comme cela est représenté sur la figure 16.As a variant, a cooling circuit is integrated directly into the heat pipe C7 as shown in FIG. 16.
Le caloduc comporte un circuit de refroidissement 524 dans lequel circule un fluide caloporteur. Le circuit de refroidissement est directement en contact avec le condenseur. Dans l'exemple représenté, le circuit de refroidissement 524 est formé par une plaque supplémentaire 526, dans laquelle sont réalisées des rainures 528 définissant les parois latérales du circuit, et la plaque de fermeture 512 et une plaque de fermeture supplémentaire 530 forment les parois d'extrémité du circuit de refroidissement. La plaque de fermeture supplémentaire 530 comporte deux orifices 532 débouchant chacun à une extrémité du circuit et permettant la circulation du fluide caloporteur.The heat pipe has a cooling circuit 524 in which a heat transfer fluid circulates. The cooling circuit is directly in contact with the condenser. In the example shown, the cooling circuit 524 is formed by an additional plate 526, in which grooves 528 are formed defining the side walls of the circuit, and the closure plate 512 and an additional closure plate 530 form the walls d end of the cooling system. The additional closure plate 530 has two orifices 532 each opening at one end of the circuit and allowing the circulation of the heat transfer fluid.
Le fluide caloporteur peut être un liquide ou un gaz.The heat transfer fluid can be a liquid or a gas.
Selon un autre exemple, il s'agit d'un circuit diphasique.According to another example, it is a two-phase circuit.
Un tel circuit peut être également utilisé pour former la source de chaleur au niveau de l'évaporateur.Such a circuit can also be used to form the heat source at the evaporator.
Nous allons maintenant comparer les performances d'un caloduc selon l'invention et un caloduc à pompage capillaire de l'état de la technique.We will now compare the performance of a heat pipe according to the invention and a capillary pumped heat pipe of the prior art.
On considère un caloduc de l'état de la technique cylindrique obtenu par extrusion et comportant des rainures longitudinales 610, tel que représenté sur la figure 17A.Consider a heat pipe of the prior art cylindrical obtained by extrusion and having longitudinal grooves 610, as shown in Figure 17A.
Chaque caloduc présente une longueur de l'évaporateur de 50 mm, une longueur de la zone adiabatique de 100 mm, une longueur du condenseur de 110 mmEach heat pipe has a length of the evaporator of 50 mm, a length of the adiabatic zone of 100 mm, a length of the condenser of 110 mm
Chaque caloduc est réalisé en cuivre. La température dans la zone adiabatique du caloduc est 60°C ; i.e. la température moyenne vapeur du caloduc.Each heat pipe is made of copper. The temperature in the adiabatic zone of the heat pipe is 60 ° C; i.e. the average vapor temperature of the heat pipe.
Le caloduc de l'état de la technique présente les caractéristiques suivantes :The state of the art heat pipe has the following characteristics:
Diamètre intérieur Di : 10 mmInner diameter Di: 10 mm
Diamètre extérieur De : 12 mmOuter Diameter From: 12 mm
Largeur de rainure Le: 0,5 mmGroove width Le: 0.5 mm
Profondeur de rainure Pe : 0,5 mmGroove depth Pe: 0.5 mm
Nombre de rainures : 44Number of grooves: 44
Le caloduc selon l'invention présente les caractéristiques suivantes (figure 17B) :The heat pipe according to the invention has the following characteristics (FIG. 17B):
Largeur extérieure Le: 12 mmExternal width Le: 12 mm
Hauteur extérieure He: 12 mmExternal height He: 12 mm
Largeur de rainures L : 0,5 mmWidth of grooves L: 0.5 mm
Profondeur rainures P: 2 mmGroove depth P: 2 mm
Nombre de rainures : 15.Number of grooves: 15.
Sur la figure 18, on peut voir la variation de la limite capillaire Le en Watt en fonction de l'angle d'inclinaison a du caloduc en °, i.e. l'inclinaison de l'axe X par rapport à la direction horizontale. La courbe I correspond à l'invention et la courbe II au caloduc selon l'état de la technique. Les valeurs d'inclinaison négatives correspondent à des positions du caloduc dans lesquelles l'évaporateur est au-dessus du condenseur. Le fluide est de l'eau.In Figure 18, we can see the variation of the capillary limit Le in Watt as a function of the angle of inclination a of the heat pipe in °, i.e. the inclination of the X axis relative to the horizontal direction. Curve I corresponds to the invention and curve II to the heat pipe according to the state of the art. Negative tilt values correspond to positions of the heat pipe in which the evaporator is above the condenser. The fluid is water.
On constate que le caloduc selon l'invention est plus performant que le caloduc de l'état de la technique, quelle que soit l'inclinaison du caloduc.It is found that the heat pipe according to the invention is more efficient than the heat pipe of the prior art, whatever the inclination of the heat pipe.
Sur la figure 19, on peut voir puissance maximale P en Watt en fonction de la température T en °C. La courbe Γ correspond à l'invention et la courbe 11' au caloduc selon l'état de la technique. Le fluide est de l'acétone. L'angle d'inclinaison par rapport à l'horizontal est nul.In Figure 19, we can see maximum power P in Watt as a function of temperature T in ° C. The curve Γ corresponds to the invention and the curve 11 'to the heat pipe according to the state of the art. The fluid is acetone. The angle of inclination with respect to the horizontal is zero.
On constate que le caloduc selon l'invention est plus performant que le caloduc de l'état de la technique, quelle que soit la température du caloduc.It is found that the heat pipe according to the invention is more efficient than the heat pipe of the prior art, whatever the temperature of the heat pipe.
Il sera compris que les différents exemples et variantes de réalisation ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés tout ou en partie.It will be understood that the different examples and variant embodiments are not mutually exclusive and can be combined in whole or in part.
Un exemple de procédé de réalisation va maintenant être décrit.An example of an embodiment method will now be described.
Des plaques en un matériau donné sont découpées suivant la forme extérieure souhaitée pour le caloduc.Plates of a given material are cut according to the external shape desired for the heat pipe.
Lors d'une étape suivante, les ouvertures sont réalisées dans toutes les plaques intercalaires. Les ouvertures sont réalisées par exemple par poinçonnage, découpe laser, par découpe au jet d'eau ou par gravure chimique traversante...des ouvertures de dimensions différentes son réalisées dans les différentes plaques de sorte qu'une fois assemblées des rainures sont formées.In a next step, the openings are made in all the intermediate plates. The openings are made for example by punching, laser cutting, by water jet cutting or by through chemical etching ... openings of different dimensions are made in the different plates so that once assembled grooves are formed.
Les plaques sont ensuite empilées de sorte à délimiter les rainures, des plaques de fermeture sont disposées aux extrémités de l'empilement pour fermer le ou les canaux. Eventuellement des canaux de refroidissement sont prévus sur un ou les deux faces de l'empilement.The plates are then stacked so as to delimit the grooves, closing plates are arranged at the ends of the stack to close the channel or channels. Optionally cooling channels are provided on one or both sides of the stack.
Les plaques sont assemblées, la technique d'assemblage étant choisie en fonction du ou des matériaux des plaques, par exemple soudage, brasage, collage...l'assemblage des plaques est étanche.The plates are assembled, the assembly technique being chosen as a function of the material or materials of the plates, for example welding, brazing, bonding ... the assembly of the plates is waterproof.
Le caloduc est ensuite rempli. Un orifice de remplissage a été ménagé dans une des plaques d'ouverture lors de la fabrication des plaques. Le fluide est choisi en fonction des conditions de fonctionnement du caloduc (température de fonctionnement...) et de la compatibilité avec le ou les matériaux du caloduc.The heat pipe is then filled. A filling orifice was provided in one of the opening plates during the manufacture of the plates. The fluid is chosen according to the operating conditions of the heat pipe (operating temperature, etc.) and the compatibility with the material or materials of the heat pipe.
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